黏滞性软土的流变特性及非线性模型研究

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1、暨南大学博士学位论文题名（中英对照）：黏滞性软土的流变特性及非线性模型研究Researchonrheologicalcharacteristicsandnon-linearmodelofsoftsoil作者姓名：罗庆姿指导教师姓名：陈晓平及学位、职称：博士教授学科、专业名称：工程力学学位类型：（学术学位/专业学位）））论文提交日期：论文答辩日期：答辩委员会主席：论文评阅人：学位授予单位和日期：独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研宄成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研宄成果，

2、也不包含为获得暨南大学或其他教育机构的学位或证书而使用讨的材料„与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：签字曰期：年6月/(7曰学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解暨南大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权暨南大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名：签字曰期：〈月/0曰学位论文作者毕业后去

3、向：工作单位：电话:通讯地址：邮编：暨南大学博士学位摘要软黏土广泛分布在我国沿海、沿江等经济发达地区，其具有含水率高、孔隙比大、压缩性强、黏滞性等特点，这使得在软黏土地基上修筑结构物时，其沉降问题尤其是长期沉降问题就显得尤为突出。软黏土的变形过程与时间密切相关，这既包括超静孔隙水压力消散、土体体积压密的固结过程，还包括由于其黏滞特性所引起的蠕变变形，两者互相影响，共同决定着土体的长期沉降。因此，如何基于土体变形的时间效应，建立起可以反映软黏土蠕变特性的本构模型并实现蠕变-固结的耦合作用，是工程界和学术界共同探讨的热点问题。本研究使用室内试验、理论分析及数值

4、模拟等方法对软黏土的固结、蠕变特性及控制方程的建立进行了综合研究，主要研究内容及成果如下：（1）开展了一维K0侧限固结试验、三轴固结不排水剪切试验、三轴固结不排水蠕变试验，分析了软黏土变形的时效性特征和变形机理，并为进一步弹黏塑性本构模型的建立提供了试验基础。试验成果表明：1）土体的次固结系数随着加载时间的增长及预压作用而减小；且次固结系数随荷载的增加而增大，但其增加幅度依赖于土体的固结状态，次固结系数随荷载变化曲线会在与pc有关的某一范围处出现转折点。次固结系数与压缩指数之间呈较好的线性关系，其比值在0.028～0.049之间。2）当上部荷载较小时，土体

5、的三轴固结不排水蠕变变形随时间会逐渐减弱并最终趋于稳定；而当荷载达到一临界强度时，土体的蠕变变形会在加载一段时间后随时间快速发展，土体发生剪切蠕变破坏。3）在应变控制模式下，土体的不排水剪切强度会随着剪切应变速率的提高而增加，且其率相关性可以很好地用速率参数表征。（2）基于一维K0侧限固结试验的成果，在Bjerrum等时间线理论的基础上验证了将蠕变变形当作与时间相关塑性变形这一假设的合理性，并分别从蠕变效应及应变率效应两个角度推导了一维K0侧限条件下的非线性弹黏塑性模型，给出了模型参数的物理意义及获取方法。将所建立的非线性弹黏塑性模型引入一维Terzagh

6、i固结理论，建立了一维K0侧限条件下的蠕变-固结耦合控制方程，并通过Crank-Nicolson有限差分格式对控制方程进行了求解。通过对一维K0侧限固结试验的模拟及与Imai和Leroueil的试验结果对比，验证了所建模型的合理性。计算结果表明，随着土样高度的增加、土体黏滞特性的增强，本文模型与假设A计算所得的主固结完成时的变形量之间的差值也会越来越大。（3）基于改进的GJY型K0固结仪开展了一维柔性等比侧限固结试验，分析了土体在I暨南大学博士学位允许一定侧向变形时的压缩特性，并将试验结果与K0侧限条件下的成果进行了对比分析。结果表明，柔性等比侧限条件下的

7、压缩曲线、压缩指数及次固结系数的发展规律均与K0侧限条件下的一致，但由于侧向变形的产生，其压缩指数约为K0侧限条件下的1.08～1.16倍，次固结系数约为K0侧限条件下的1.1～1.3倍。在柔性等比侧限固结试验的基础上，根据达西定律、有效应力原理及连续性原理推导出柔性等比侧限条件下的一维固结方程，且与建立的非线性弹黏塑性模型进行耦合，得到柔性等比侧限条件下的蠕变-固结耦合控制方程，并给出了模型参数的意义及确定方法。通过对柔性等比侧限压缩试验结果的模拟，验证了模型的合理性，且模拟结果表明，柔性等比侧限条件下土样厚度、次固结系数对主固结完成时应变值的影响均较K

8、0侧限条件下的大，本文对单层地基在柔性等比侧限条件下计算所得的主固